课程名称：钢铁冶金学、有色金属冶金基础
课程名称（英文）：Iron and Steel Metallurgy、Non-ferrous Metals Metallurgy （Experiments of Metallurgical Technology）
课程编号：050815
课程性质：综合性
课程属性：必修
教材名称：《金属提取冶金学》 、《冶金原理》、《钢铁冶金实验技术和研究方法》
实验指导书名称：《冶金实验教材》、《冶金工程实验》
课程总学时：64、64、（32）
实验总学时：34
开设实验项目数：8--9个
总学分：4、4、（2）
应开实验学期：四年级七学期
适用专业：冶金工程
先修课程：冶金原理
本大纲主撰人：鲁 路 审核人：杨双平 负责人：马杰 制定日期：2006.4
一、课程的目标及基本要求
本课程是冶金工程专业学生的学科基础课之一，对于以后从事冶金工作的学生有着重要的作用。通过该课程的学习，可使冶金专业的学生初步掌握钢、铁及常用有色金属（如铝、镁、钛、铜、铅、锌、金、银等）的用途、性质、冶金原理、冶金方法、生产流程及相应的冶金设备，了解我国冶金技术的发展状况。这也正是该课程的任务所在。
通过本课程的课堂教学、习题及冶金实验室实验等实践性的教学环节的学习，对学生有以下要求：
1．要求学生掌握钢铁及常见有色金属冶金的基本原理和基本方法，为以后的工作打下良好的基础。
2．了解我国冶金技术发展的策略。
3．每章讲完后，安排布置作业；
4．各教学环节完成后，结合学生平时学习情况按一定的方式进行考察。
二、课程实验的目的要求
（一）实验目的
（1）铁矿石还原实验
通过实验了解温度、矿石粒度、还原气体流量对铁矿石还原度的影响，以便能合理，充分的利用。
（2）铁矿石低温还原粉化实验
通过实验了解铁矿石进入高炉炉身上部在500~600℃区间,由于受气流冲击及铁矿石还原Fe2O3→Fe3O4→FeO过程发生的晶形变化而导致的块状含铁矿物的粉化，直接影响炉内气流分布和炉料顺行。低温还原粉化性的测定,就是模拟高炉上部条件进行的,是评价铁矿石冶金性能的重要指标。
（3）铁矿石软化温度实验
了解软化温度的测量方法，以及影响测定数据的因素；通过对不同含铁矿物软化温度的测定，了解不同碱度的烧结矿软化性状的变化规律；天然矿与烧结矿软化性状规律。综合运用已学的知识，或有关文献中介绍的矿石软化温度，结合所测数据评价矿石的冶金性能。
（4）冶金炉渣熔化温度的测定实验（冶金熔体性能测定）
通过测定炉渣熔化温度，并结合其它物理化学性质（如粘度、表面张力等）的测定和分析，来选择合理的渣系，以加速冶炼过程，改善钢的质量和提高炉衬寿命。
（5）冶金炉渣粘度的测定实验（冶金熔体性能测定）
结合所学专业知识，了解冶金炉渣的粘度在钢铁生产过程中所起的化学平衡等作用。
（6）金属提取冶金综合实验
现代冶金过程处理的矿物大多数是硫化矿，在对矿物采用湿法冶金或火法冶金之前，根据原料成分、工艺流程等决定焙烧除去矿中的部分或全部硫。焙烧的实质是硫化物的氧化，产物是金属的氧化物或硫酸盐。经焙烧的焙砂再经湿法或火法的过程进行金属的分离和提取；浸出是选择适当的溶剂，使矿石或半成品中的有价成分有选择的溶出。电解在冶金过程主要用在分离和提纯金属，电解是利用金属或金属离子在一定电压作用下可以氧化或者还原来分离或富集金属。
（7）高温炉设计及分析
通过对高温炉的设计与计算，来正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等。
（8）钢铁原料物性测定实验（焦碳反应性、铁矿烧结）
焦碳反应性
焦碳是高炉的主要炉料,它在高炉冶炼过程中除供热及还原剂外,而且是保持炉内料柱具有良好透气性的骨架。反应性是评价焦碳形状的重要指标之一。焦碳与CO2或水蒸汽的的反应速率称为焦碳的反应性，通常用反应后气体中的CO和CO2百分浓度的函数R、CO生成速率Vco、碳或CO2的反应速率Vc、Vco2，以及反应一定时间后焦碳消耗量占原试样量的百分比。
铁矿的烧结
确定烧结方法和流程；研究影响过程的因子；查明各因子对过程进行的主次地位及相互关系，以确定最佳工艺条件,提出最终的烧结技术经济指标。
（二）具体要求
（1）铁矿石还原实验；要求掌握还原度与温度的关系，还原度与粒度、还原度与H2流量的关系。
（2）铁矿石低温还原粉化实验；掌握低温还原粉化性的检测方法,根据实验结果可评价铁矿石的冶金性能，分析铁矿石的低温还原粉化性对高炉生产的影响。
（3）铁矿石软化温度实验；会分析影响矿石软化温度的因素；分析矿石软化温度和软化区间对高炉生产的影响。
（4）冶金炉渣熔化温度实验；掌握制样过程，温度控制。
（5）冶金炉渣粘度实验；掌握粘度概念，熟悉柱体旋转粘度计测定原理及程序。
（6）金属提取冶金综合实验；根据实验室现有条件设计硫化铜精矿中铜的提取工艺，设计出一种工艺流程，能够从矿物中提取出1#铜选择一种较为合理的工艺流程；画出工艺流程图，并说明每一步骤的原理；确定出每一步骤的操作条件；进行实验室试验，进行验证。
（7）高温炉设计及分析；熟悉高温炉的结构及相关计算，正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等并分析影响高温炉性能的因素和解决的措施。
（8）钢铁原料物性测定实验（焦碳反应性、铁矿烧结）；
焦碳反应性：
掌握焦碳反应性的概念，熟悉加热反应管的测定原理及程序。
铁矿烧结
掌握评价某种矿物的烧结可行性；为烧结厂设计提供依据；研究提高烧结矿产质量的主要途径；改善烧结产品的冶金性能；降低烧结能耗等研究原理及程序。
三、适用专业
冶金工程
四、实验方式与基本要求
实验前由教师介绍实验的性质、任务、要求、实验守则及实验室安全制度等。学生根据各个实验的任务，10---13人1组，10---13人1套实验装置，在规定时间内，独立完成实验测定、数据处理，并撰写实验报告。实验前，学生必须认真阅读实验指导书，了解实验的目的和原理，明确本次实验中要测定什么量，最终要求什么量，用什么实验方法，使用什么仪器，控制什么条件，需要注意什么问题。教师需对学生的预习情况进行检查，合格后，学生才能开始做实验。实验过程中，要求学生勤于动手，敏锐观察，细心操作，开动脑筋，分析钻研问题，准确记录原始数据，经教师检查并签名，实验及其原始数据记录才有效。
任课教师要认真上好每一次实验课，实验前教师要亲自检查仪器设备情况，清点学生人数；实验过程中，要向学生提问，引导学生深入思考与实验现象有关的一些问题，着力培养学生观察实验、综合考虑问题的能力，使学生学会分析和研究问题的方法。
五、主要仪器设备
RDL-03型铁矿石高温荷重还原软熔滴落测定仪、RDS-05全自动炉渣熔化温度熔速测定仪、RTW-10型熔体物性综合测定仪、KJZ-03铁矿石焦碳冶金性能综合测定仪、烧结球团实验系统、马弗炉、浸出槽、搅拌器、整流器、电解槽等。
六、考核与实验报告
本实验的考核以实验报告为主，每个实验实行百分制，总分平均后综合考查实行“五分制”（优、良、中、及格、不及格） 。实验完毕后，要求学生对实验认真分析、处理实验数据，并与教师共同讨论实验结果，最后以实验报告的形式写出报告。
七、实验项目设置与内容
实验项目一：
（1）实验名称：铁矿石还原实验（GB/T13241-91）
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解铁矿石还原的原理，实验的程序，实验操作，以及实验数据记录。
（8）实验目的：通过实验了解温度、矿石粒度、还原气体流量对铁矿石还原度的影响，以便能合理，充分的利用。
（9）主要仪器设备及套数：铁矿石还原测定仪（2套）或KJZ-03铁矿石焦碳冶金性能综合测定仪 （1套）
实验项目二：
（1）实验名称：铁矿石低温还原粉化实验 （GB/T13242-91）
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解铁矿石低温还原的粉化原理，实验的程序，实验操作，以及实验数据记录。
（8）实验目的：通过实验了解铁矿石进入高炉炉身上部在500~600℃区间,由于受气流冲击及铁矿石还原Fe2O3→Fe3O4→FeO过程发生的晶形变化而导致的块状含铁矿物的粉化，直接影响炉内气流分布和炉料顺行。低温还原粉化性的测定,就是模拟高炉上部条件进行的,是评价铁矿石冶金性能的重要指标。
（9）主要仪器设备及套数： KJZ-03铁矿石焦碳冶金性能综合测定仪 （1套）
实验项目三：
（1）实验名称：铁矿石软化温度测定实验
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解铁矿石软化性原理及再生产过程中的影响，实验方法与程序，实验操作。
（8）实验目的：了解软化温度的测量方法，以及影响测定数据的因素；通过对不同含铁矿物软化温度的测定，了解不同碱度的烧结矿软化性状的变化规律；天然矿与烧结矿软化性状规律。综合运用已学的知识，或有关文献中介绍的矿石软化温度，结合所测数据评价矿石的冶金性能。
（9）主要仪器设备及套数：铁矿石软化温度测定仪 （1套）或RDL-03型铁矿石高温荷重还原软熔滴落测定仪 （1套）
实验项目四：
（1）实验名称：炉渣熔化温度的测定
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科基础实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解实验原理、实验设备、实验操作及实验数据记录。
（8）实验目的：通过测定炉渣熔化温度，并结合其它物理化学性质（如粘度、表面张力等）的测定和分析，来选择合理的渣系，以加速冶炼过程，改善钢的质量和提高炉衬寿命。
（9）主要仪器设备及套数：炉渣熔化温度测定仪 （1套）或RDS-05全自动炉渣熔化温度熔速测定仪（1套）
实验项目五：
（1）实验名称：炉渣粘度的测定
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科基础实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解柱体旋转粘度计测定粘度原理及实验设备、实验操作及实验结果的分析（可做冷态模拟实验）。
（8）实验目的：结合所学专业知识，了解冶金炉渣的粘度在钢铁生产过程中所起的化学平衡等作用。
（9）主要仪器设备及套数：冶金炉渣柱体旋转粘度计 （1套）或RTW-10型熔体物性综合测定仪（1套）
实验项目六：
（1）实验名称：金属提取冶金综合实验
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：4
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：讲解实验原理、实验设备、实验操作及实验数据记录。
（8）实验目的：
本项目是综合性实验，在实验过程中，学生要进行磨矿、分级、焙烧、浸出、溶液去除杂质、电积等操作，在操作过程中需要学生自行设计和制定具体的操作工艺，选择合适的去除杂质的药剂和除杂条件。通过整个实验过程，可以增强学生的实践操作技能，而且在过程中可以锻炼学生对实验的设计技能；可以促进学生对所学理论的理解和掌握；本实验包含了传统的提取冶金的工艺和方法，整个实验过程的完成，能使学生对冶金过程的基本理论和现象有感性的认识；可以理论联系实际的理解冶金工艺的操作原理和规程，如浸出过程中根据浸出介质及溶出条件的不同，可将浸出分为水浸、酸浸、氧化浸出等工艺，在学生完成实验的过程中，必须对这些方法、理论由充分的理解和认识才能设计和选择浸出的工艺条件；电解过程在湿法冶金中主要应用在两个方面：①从溶液中提取金属；②从粗金属合金获其它中间产物中提取金属。这样，在生产实践中就有两类不同的电解过程：①不溶性阳极的电解；②可溶性阳极的电解。两类电解过程都是基于共同的电化学定律，在实验过程中，学生可以充分的理解和认识这些方法的应用范围和条件。
（9）主要仪器设备及套数：马弗炉、浸出槽、电解槽等。（1套）
实验项目七：
（1）实验名称：高温炉设计及分析
（2）实验性质：设计性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：3
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：通过对高温炉的设计与计算，来正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等。
（8）实验目的：熟悉高温炉的结构及相关计算，正确选择电热元件、炉管、耐火材料、保温材料、热电偶及控制系统等并分析影响高温炉性能的因素和解决的措施。
（9）主要仪器设备及套数：高温箱式电阻炉（1套）、高温管式电阻炉（1套）
实验项目八：
（1）实验名称：钢铁原料物性测定实验（焦碳反应性、铁矿烧结）
（2）实验性质：综合性
（3）实验类别：本科专业实验
（4）实验学时：8（4＋4）
（5）每组人数：10---13人
（6）开出要求：必做
（7）实验内容：
焦碳反应性：
焦碳是高炉的主要炉料,它在高炉冶炼过程中除供热及还原剂外,而且是保持炉内料柱具有良好透气性的骨架。反应性是评价焦碳形状的重要指标之一。焦碳与CO2或水蒸汽的的反应速率称为焦碳的反应性，通常用反应后气体中的CO和CO2百分浓度的函数R、CO生成速率Vco、碳或CO2的反应速率Vc、V CO2，以及反应一定时间后焦碳消耗量占原试样量的百分比。
铁矿的烧结：
确定烧结方法和流程；研究影响过程的因子；查明各因子对过程进行的主次地位及相互关系，以确定最佳工艺条件,提出最终的烧结技术经济指标。
（8）实验目的：
焦碳反应性：
掌握焦碳反应性的概念，熟悉加热反应管的测定原理及程序。
铁矿烧结：
掌握评价某种矿物的烧结可行性；为烧结厂设计提供依据；
研究提高烧结矿产质量的主要途径；改善烧结产品的冶金性能；
降低烧结能耗等研究原理及程序。
（9）主要仪器设备及套数：铁矿石焦碳冶金性能综合测定仪（1套）、铁矿石烧结系统（1套）
